人工湖优化设计方法.pdf

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1、第42卷第19期人民长江Vo1．42．No．192011年10月YangtzeRiver0ct．．2011文章编号：1001—4179(2011)19—0018—03人工湖优化设计方法徐晶，宋东辉(广东水利电力职业技术学院，广东广州510635)摘要：针对防洪治涝工程设计规划中人工湖布局缺乏明确的技术依据问题，为了提高人工湖调蓄洪水的功效，优化城市防洪治涝体系，分析了人工湖对河道洪水过程的影响和防洪调蓄的功效。通过系统优化分析，提出了人工湖面积和布置位置的确定方法。实例说明，提出的人工湖优化设计方法简单有效，可供城市防洪治涝工程规划设计参考。关键词：防洪治涝；调蓄功能；

2、优化设计；人工湖中图法分类号：TV87文献标志码：A在城市河道治理工程中，常常设置人工湖，一方面q(L，t+r)错时(r)叠加的最大值，其对应的时出于美化环境、营造水面景观的需要；另一方面，还可刻为t，则：以利用人工湖调蓄洪水、增加水体自净能力，提高河道Q=Q(L，t)+q⋯(L⋯，t+r)(1)防洪能力和纳污容量。为了发挥人工湖的调蓄作用，令需要研究人工湖设置的位置、大小与调蓄作用的关系。=max{Q⋯，Q一，Q，⋯I(2)人工湖调蓄设计的目标是减缓洪水对堤防和排涝站的人工湖防洪调蓄功能的优化目标为：压力，有效地降低洪水位。minIV=max{P⋯，Q：⋯，⋯，Q⋯，

3、⋯}(3)人工湖的调蓄作用主要针对城市小流域河道，这s．t．L≤L，i∈J={1，2，3，⋯，Ⅳ}(4)些河道全部或大部分位于城区，人工湖设置的位置和式中，为河道长度。大小受到城区实际情况的限制，可能设置一系列串联根据式(3)，人工湖防洪调蓄功能优化问题的理人工湖，也可能为单一人工湖，一般利用原有河道两岸论解为：的滩地和低洼区域来设置。对于新开发区则有较大的Q。=Q：=⋯=Q⋯：⋯=Q⋯(5)设计自由度，可以兼顾多方面的需要。即，各河段洪峰流量相等，并且各河段的洪峰流量趋于人工湖设计涉及河道调蓄分析，这方面的研究较最小。但各河段的行洪能力不同，下游河段行洪能力多，主要采

4、用非恒定流分析方法¨，这些分析计算较大，因此在实际工程中，应视具体情况来控制河段设方法比较复杂，不便于实际工程的应用，本文探讨更加计洪峰流量。简便、有效的调蓄分析方法，以便在工程规划设计时应1．1人工湖的调蓄分析用和推广。(1)概化洪水过程。河道的洪水过程可以通过推1防洪调蓄功能的优化理公式法和综合单位线法推求。为了便于分析，可以设河道串联布置Ⅳ个人工湖，将河道分为Ⅳ+1通过概化方式给出洪水过程的解析表达式。根据推理段，人工湖的位置为L。第i段河道所通过的最大流量公式法，当汇流历时小于6h，频率P(％)对应面雨量为该河段末端断面(处)区间洪水流量过程Q(L，的暴雨力Js

5、和暴雨递减指数n分别为t)与上游人工湖出口(厶+，)同时段的泄洪流量过程SP=H1P面(6)收稿日期：2011—06一O8作者简介：徐晶，女，教授，主要从事水利工程结构和水力学研究工作。E—mail：xuj@gdsdxy．cn第19期徐晶，等：人工湖优化设计方法19容为：lg()V．~-(hhimin)F／ma量x-(71由rilg6设人工湖泄洪平均流为，式(11)可：或÷×0_891．5((15)(8)解得：QP(1一))式中，HcP面为t(h)历时面暴雨量，mm。n面：。K面，对于特小流域的点面换算系数Ol可以取为人工湖出口河道宽度应满足式(16)的过流要求，近似分

6、析时，可令水深为推理公式法的设计洪峰流量计算公式为(17)Q=。．278ollHlp—]F(9)代入式(13)，并令Q=，则可确定河道宽度。、mQ1．2人工湖位置确定相应的汇流历时计算公式为：按照人工湖调蓄功能的优化设计要求，人工湖位r=———lU置应尽量均化各河段的洪水流量，避免将洪水压力集m．，VP中作用到某一河段，在人工湖库容一定的情况下，人工式中，Q为与设计频率P对应的洪峰流量；日。为1h湖的设置位置将影响各河段洪水过程和洪峰流量，因点暴雨量，mm；F为集水面积，km；=；．，为河道此要合理布置人工湖的位置，使得河道洪峰流量最小。对于小流域，因洪水汇流历时短，各

7、河道洪峰流量纵比降；m为汇流参数。可以按区间洪峰流量与上游人工湖平均泄洪流量直接广东省综合概化洪水过程线见表1。相加来计算。设某城区河道流域面积为F，河长为，河道纵比时I~l／h洪水流f／(m’·8)lI时间／h洪水流量／(In·s-1)0．4f0．1QPlI2r0．11QP降为．，。欲设一人工湖，人工湖面积为F，，人工湖起调rQPll水深为hi，最大水深为h。人工湖将河道分为两段：上游段集水面积为F，，河长为，河道纵比降为J，；下洪水流量过程(Q)可以用以下方程式表示。游段集水面积为F：，河长为。，河道纵比降为-，：。由式(9)和(10